[發明專利]一種基于橢圓擬合的原木板材孔洞缺陷檢測與定位方法

有效

• 申請號: 201810260055.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108537153B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 張素敏;尹令;孫愛東;夏玥;王永福
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于橢圓擬合的原木板材孔洞缺陷檢測與定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.使用拍攝設備于原木板材運輸傳送帶上方垂直向下對原木板材進行拍照，獲得原木板材的圖像；

S2.對原木板材的圖像中的每一個像素點做色差均方值運算，然后依據色差均方值對原木板材的圖像做二值化處理，將色差均方值大于某一設定值的像素點設置為1，而將色差均方值小于某一設定值的像素點設置為0；由此分離出孔洞和背景；

S3.對步驟S2得到的二值化圖像利用二值連通區域標記法于全域內標定孔洞邊緣點，完成每一個孔洞邊緣點的標定和逐次編號；

S4.對步驟S3得到的每一個孔洞邊緣點分別進行橢圓擬合，使擬合橢圓能最小化的完全覆蓋孔洞；

S5.對步驟S1中原木板材兩端用于壓實板材的繪有定標線的固定條進行像素度量，從而實現在整幅圖像中的像素級定位，結合擬合橢圓信息將橢圓的圓心點精確定位，并發送給數控機床設備；

所述步驟S4實現橢圓圓心點精確定位的具體過程如下：

利用標記出來孔洞的n個邊緣點(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…(x_n,y_n)擬合一個覆蓋空洞最小面積的橢圓，按照最小二乘法求擬合橢圓方法，橢圓曲線可以表示為：

若考慮中心點偏移，不在原點則橢圓的另外一個描述形式為：

整理得：

令：

則展開式可以表示為：

Ax²+By²+Cxy＝1

該式表明橢圓長短軸已不再和坐標軸平行，但中心仍在原點，將中心點移到(x₀,y₀)得到：

A(x-x₀)²+By(y-y₀)²+C(x-x₀)(y-y₀)＝1

展開有：

對應橢圓一般方程為：

x²+gxy+cy²+dx+ey+f＝0

其中確定了參數g，c，d，e，f就可以得到橢圓中心(x₀,y₀)，旋轉角度θ、以及長短軸a和b，這五元一次方程組的最小二乘解；

若某點(x_i,y_j)帶入有誤差ε_i，最小二乘原理就是用極小化方程誤差的平方和來確定各指標參數；

故對各個參數求一階偏導

求解上述方程從而求得最小二乘意義上的各個參數g，c，d，e，f，從而求得橢圓中心(x₀,y₀)，旋轉角度θ、以及長短軸a和b。

2.根據權利要求1所述的基于橢圓擬合的原木板材孔洞缺陷檢測與定位方法，其特征在于：所述步驟S2進行色差均方值運算的具體過程如下：

1)先取每一個像素點P_x,y(R,G,B)的RBG三色值的平均值

2)求取該點與三色平均值的均方值θ：

3.根據權利要求1所述的基于橢圓擬合的原木板材孔洞缺陷檢測與定位方法，其特征在于：所述步驟S3對孔洞邊緣點編號的具體過程如下：

對于背景為0，孔洞為1的二值圖像，從上往下進行逐行圖像掃描，把每一行中連續的黑色像素組成一個序列成為一組，記錄其開始位置、終止位置以及其所在行號；掃描下一行時，同樣尋找連續黑色像素的組，如果跟上一行的組有重合區域，則將上一行的組標賦值給它；如果它與上一行兩個以上的組有重疊區域，則給當前組賦一個相連組的最小標號，并將上一行的組標記寫入等價對；將相同標號的組中每一行等價對轉換為等價序列，每一個序列用給定一相同標號，標號從2開始，給每一個等價序列一個標號；遍歷開始組的標記，查找等價序列，給予等價序列新的標記，即完成孔洞邊緣點搜索和編號。